JP2008257238A - 画像生成マイクロディスプレイを均一に照射するための照明装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない光学部品を使用し、スペックルを低減することが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１００は、コヒーレント光源１０２と、前記コヒーレント光源１０２と前記画像生成マイクロディスプレイ１０８との間の光路１０６上に配置され、動的回折光学素子１１０を有する、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４と、前記動的回折光学素子１１０上に、相互に無相関である異なるホログラムパターンを生成するよう、前記動的回折光学素子１１０を制御する処理装置１１２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像生成マイクロディスプレイを照射する照明装置に関する。本発明は、また、画像生成マイクロディスプレイを均一に照射するための、画像生成装置、方法、およびコンピュータプログラム製品に、それぞれ関する。

表示装置は、電子機器や顧客装置において、ますます重要になってきている。したがって、技術の発展もまた、照明、画像生成、および投影の方法および装置に重点を置いている。

現行の照明システムにおいて、光は画像形成装置を均一に、そして静的に照射するように誘導され、成形されている。通常、こういった照明システムは、不均一な光源から出射された光を成形し、均一にするために、多数の光学部品を有している。さらに、コヒーレント光を使用する照明装置によって生じるスペックル、その他の干渉は、不均一性と言う点で、画質を損なわせる。そこで、本発明は、前記問題を回避することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の第１の観点によれば、コヒーレント光源（１０２）と、前記コヒーレント光源（１０２）と前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）との間の光路上に配置されたビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）と、その場合に、前記ビーム形成およびスペックル低減装置（１０４）は、動的回折光学素子（１１０）を有することと、前記動的回折光学素子（１１０）上に、異なるホログラムパターンのシーケンスを生成するように、前記動的回折光学素子（１１０）を制御する処理装置（１１２）と、その場合、前記異なるホログラムパターンは相互に無相関であることと、を有することを特徴とする、画像生成マイクロディスプレイ（１０８）を均一に照射するための照明装置（１００）が、提供される。
また、本発明の別の観点によれば、上記に記載の、少なくとも２つの照明装置と、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）と前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）との間の光路上に配置された光学結合素子（９１２）と、その場合、前記光学結合素子（９１２）は、画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のアクティブエリア上において、少なくとも２つの、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４，１１０２，１１０４）から出射された光を結合するように構成されることと、を有することを特徴とする、異なる色で画像生成マイクロディスプレイ（８１０）を均一に照射するためのカラー照明装置（１００）が、提供される。
さらに、本発明の別の観点によれば、上記に記載の照明装置（１００）と、画像生成マイクロディスプレイ（１０８）と、プロジェクションレンズ（８０８）とを有し、その場合、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）は、前記照明装置（１００）と前記プロジェクションレンズ（８０８）との間の光路上に配置されることを特徴とする、画像生成装置（８００）が提供される。
さらに、本発明の別の観点によれば、ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）を、コヒーレント光で照射し、異なるホログラムパターンのシーケンス（４００）を、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）の少なくとも一部分上に生成し、その場合、前記異なるホログラムパターンは相互に無相関であり、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）から出射された光を、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）の方向に導くことを特徴とする、画像生成マイクロディスプレイ（１０８）を均一に照射するための方法が、提供される。
さらに、本発明の別の観点によれば、処理装置（１１２）に読み込まれたとき、前記動的回折光学素子（１１０）上に、異なるホログラムパターンのシーケンス（４００）を生成するよう構成されたプログラムコードを有し、その場合、前記ホログラムパターンは、相互に無相関であることを特徴とする、コンピュータプログラム製品が、提供される。

以上説明したように本発明によれば、より少ない光学部品を使用して、スペックルを低減する照明装置を提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１において、本発明の第１の実施形態にかかる照明装置１００について説明する。照明装置１００は、コヒーレント光源１０２と、前記コヒーレント光源１０２と画像生成マイクロディスプレイ１０８との間の光路１０６上に配置された、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４、とを有する。ここで、前記ビーム成形およびスペックル低減装置１０４は、動的回折光学素子（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）１１０を有し、前記動的回折光学素子１１０は、前記動的回折光学素子上に相互に無相関（Ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ）な、異なるホログラムパターンのシーケンスが合成されるように、処理装置１１２によって制御される。

このようなホログラムパターンは、計算機合成ホログラムパターン（ＣＧＨ；Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ）と呼ばれることもあり、前記コヒーレント光源１０２から出射されたコヒーレント光線の照明特性を変えるために使用される。これにより、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア（Ａｃｔｉｖｅ Ａｒｅａ）は、均一に照射され、コヒーレント光１１４の断面Ａの光プロファイルは、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリアに適合される。

動的回折光学素子１１０上において無相関のホログラムパターンのシーケンスを使用する一方で、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア面上では、異なるスペックルパターンが生成される。スペックルパターンはホログラムパターンが変化することに伴い変化するため、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリアは、異なるスペックルパターンで照射され、その結果、ホログラムパターンのシーケンス全体にわたり、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア面上において、入射光の強度がより均一に分布される。

このような画像生成マイクロディスプレイ１０８は、これに限ることはないが、反射型或いは透過型液晶装置（ＬＣＤ）マイクロディスプレイ、液晶シリコン（ＬＣＯＳ；Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）マイクロディスプレイ、透過型高温ポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ＬＣＤマイクロディスプレイを有してもよい。この実施形態では、照明装置１００内に、ノイズ源や機構的安定性を損なう原因となりうるような移動光学素子は、全く含まれていない。

さらなる実施形態では、前記ビーム成形およびスペックル低減装置１０４は、
別の静的回折光学素子（Ｓｔａｔｉｃ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ）を有し、成形されたコヒーレント光線１１４を生成するよう構成され、それにより、前記成形されたコヒーレント光線１１４の断面の大きさＡが、前記画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア１１６の大きさに適合される。この実施形態において、静的回折光学素子は、コヒーレント光線１１４の外郭（Ｏｕｔｅｒ Ｃｏｎｔｏｕｒ）を成形するのに使用され、一方、動的回折光学素子は、処理装置１１２と共に、スペックル低減のために使用される。

さらなる実施形態によると、動的回折光学素子は、処理装置１１２に制御され、それにより、前記異なるホログラムパターンは、成形されたコヒーレント光線１１４を生成し、前記成形されたコヒーレント光線１１４の断面の大きさＡが、前記画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア１１６の大きさに適合される。この実施形態においては、一つの動的回折光学素子だけ使用される。つまり、動的回折光学素子１１０は、ビーム成形のためにも、かつ、スペックル低減のためにも、使用される。

さらなる実施形態によると、異なるホログラムパターンは、前記動的回折光学素子１１０の表面上において、ひとつのホログラムパターンを横方向にシフトすることによって生成される。こういったホログラムパターンのシフトは、処理装置１１２によって、容易に制御される。ホログラムパターンは、コヒーレント光線１１４を成形するためにも使用することができ、それにより、前記成形されたコヒーレント光線１１４の断面の大きさＡが、前記画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア１１６の大きさに適合される。

さらなる実施形態によると、前記異なるホログラムパターンは、異なるアダマールパターン（Ｈａｄａｍａｒｄ ｐａｔｔｅｒｎｓ）であり、前記アダマールパターンは、相互に無相関な部位からなるパターンである。

さらなる実施形態において、処理装置は、前記シーケンス内の異なるホログラムパターンを、前記画像生成マイクロディスプレイ１０８の位置に配置されると考えられる検知器の積分時間よりも速く、変化させるように構成される。より速い変化により、検知器は、異なるスペックルパターン全体にわたり、積分を行ない、それにより、より均一に照射される。さらなる実施形態では、この検知器は、人間の目である。こういった実施形態においては、画像生成マイクロディスプレイ１０８によって生成された画像の観察者は、もはやコヒーレント光線１１４を使用することで生じるスペックルパターンによって邪魔されることはない。

さらなる実施形態によると、前記動的回折光学素子は、透過型や反射型のマイクロディスプレイであってもよい。

さらなる実施形態において、前記コヒーレント光源は、レーザを有する。カラー光によって、画像生成マイクロディスプレイ１０８を照射する照明装置においては、異なる色に応じて３つのレーザを使用することができ、前記照明装置は、光学結合素子、たとえば結合プリズムなど、を有する。これにより、結合された光線が生成され、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４の方向に導かれる。

さらなる実施形態によると、カラー照明装置は、少なくとも２つのビーム成形およびスペックル低減装置と、光学結合素子とを有し、前記ビーム成形およびスペックル低減装置と、前記画像生成マイクロディスプレイとの間の光路上に配置され、前記光学結合素子は、前記少なくとも２つのビーム成形およびスペックル低減装置から入射する光を、前記画像生成マイクロディスプレイのアクティブエリア面上で、結合させるように構成されている。

さらなる実施形態において、画像生成装置は、上述されている照明装置と、画像生成マイクロディスプレイと、投影レンズとを有し、その場合に前記画像生成マイクロディスプレイは、前記照明装置と前記投影レンズとの間の光路上に配置される。この実施形態では、前記画像生成マイクロディスプレイによって生成された画像は、邪魔なスペックルパターンなしに画面上に投影されることが可能であるため、このように生成された画像の観察者は、前記スペックルパターンによって生じるノイズに邪魔されることはない。

図２に、さらなる実施形態に基づく方法のステップを示す。

最初のステップＳ２００において、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４は、コヒーレント光によって照射されている。前記コヒーレント光は、たとえば、レーザ源から出射されてもよい。

２つ目のステップＳ２０２において、異なるホログラムパターンのシーケンスが、少なくとも前記ビーム成形およびスペックル低減装置の一部分上に生成され、前記異なるホログラムパターンは相互に無相関である。３つ目のステップＳ２０４において、前記ビーム成形およびスペックル低減装置１０４から出射されたコヒーレント光線１１４は、前記画像生成マイクロディスプレイ１０８に向けられる。

さらなる実施形態において、処理装置に読み込まれたとき、動的回折光学素子上に異なるホログラムパターンのシーケンスを生成するよう構成されたプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品が、提供される。その場合に、前記異なるホログラムパターンは、相互に無相関である。上述のように、動的回折光学素子１１０上のこのような異なるホログラムパターンのシーケンスは、画像生成マイクロディスプレイ上のスペックルパターンを低減するために使用されることもある。

図３Ａおよび３Ｂにおいて、回折光学素子３００の基本的な機能について説明する。こういった回折光学素子３００上において、ひとつのパターンが、静的、あるいは動的に、生成される。この様子が、図３Ａには、第１の領域３０２と、第２の領域３０４を有する構成で、概略的に示されている。ここで、前記第１および第２の領域３０２、３０４は、入射光に影響を及ぼし、前記入射光は、ここでは入射平面波３０６として説明されている。回折光学素子３００を通過した後、平面波３０６は、第１および第２の領域３０２、３０４によって、振幅変調、および／または、位相変調される。

図３Ｂには、入射平面波３０６が、異なる方向３１０，３１１，３１２，３１３，３１４へと回折する様子が、概略的に示されている。その場合に、ひとつの方向は、０次回折であり（方向３１２）、さらに、方向３１１および３１３は、１次回折であり、またさらに、方向３１０および３１４は、２次回折である。

図４には、ホログラムパターン４０１のシーケンス４００が、示されている。その場合に、シーケンス４００は、ｍ個の異なるホログラムパターンを有し、それぞれのホログラムパターンは異なる領域４０２、４０４を有している。図４において、第１の領域４０２は、白で示され、第２の領域４０４は、黒で示されていると考えてよい。前記第１の領域４０２と、第２の領域４０４との差は、該領域を通過している光の位相および／または振幅変調の差であってもよい。異なるパターン４０１は、処理装置１１２から動的回折光学素子１１０を制御することによって、取得される。

図示されているホログラムパターン４０１は、外形が正方形で、シーケンス４００内のそれぞれのホログラムパターン４０１が、正方形の内側で、第１の領域４０２と、第２の領域４０４の配置をたがえることによって、他のホログラムパターンと異なっている。シーケンス４００内のそれぞれのホログラムパターン４０１は、配置を行なう際、正方形内において、４ｘ４マトリクスで第１の領域４０２と第２の領域４０４の配置可能性を使用することにより、シーケンス４００内の他のホログラムパターンと無相関となる。

図４に示したように、このような無相関なパターンのシーケンスは、「アダマールパターン」と呼ばれることもある。このアダマールパターンは、２進値に基づいている。４ｘ４パターンは、ＭｘＭ個の無相関セルからなる（Ｈ１６）アダマールマトリックスとして写像される。動的回折光学素子１１０上でホログラムパターン４００のシーケンスが生成された後、再度、シーケンス４００を生成したり、シーケンス４００内のホログラムパターンの順序を変えたりすることもできる。

図５には、図４に示したように、アダマールパターンを使用したとしても、画像生成マイクロディスプレイのアクティブエリア１１６全体を、均一に照射することが可能である様子が概略的に示されている。これは、ビーム成形およびスペックル低減装置を、適宜構築した場合、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４の平面５０６のそれぞれのポイント５０２或いは５０４が、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア１１６の全体を照射することができるためである。したがって、たとえホログラムパターンのシーケンス４００内において、第１領域４０２が透過性のない状態で、かつ、第２領域４０４が透過性のある状態で、振幅変調が使用されたとしても、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア１１６の均一照射は可能であろう。

図６において、照明装置１００のさらなる実施形態が示されている。ここで、この照明装置１００は、静的回折光学素子６００を、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４内に有している。このような静的回折光学素子６００は、静的ホログラムパターンをその表面上に有し、前記静的ホログラムパターンは、コヒーレント光線１１４の光プロファイルを成形し、それを画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア面に適合させるのに使用される。この実施形態において、処理装置１１２によって制御される動的回折光学素子１１０は、図４に示されるように、検知器の積分時間よりも速く、たとえば、ホログラムパターンを、変化させることで、スペックルパターンを低減するために使用される。ここで、この検知器は、画像生成マイクロディスプレイ１０８のある場所に据え付けられると考えられる。この検知器の積分時間内で、Ｍ個の無相関なパターンを使用する一方、シーケンス４００内の、無相関ホログラムパターン１／√Ｍの平方根の逆数倍、スペックルノイズを低減することができる。この検知器は、人間の目でもよい。

図７において、シーケンス内でホログラムパターンを変化させるための、さらなる実施形態が示されている。異なった時間軸ｔ１，ｔ２，ｔ３において、動的回折光学素子１１０上に、異なったホログラムパターン７００，７０２，７０４が生成される。それぞれのホログラムパターン７００，７０２，７０４は、コヒーレント光線１１４を成形するように適合され、それにより、その光プロファイルが、画像生成マイクロディスプレイ１０８のアクティブエリア面に適合する。これらの異なったホログラムパターン７００，７０２，７０４は、回折格子７０６を、動的回折光学素子の表面上において、横方向に、所定の距離ｄだけシフトすることにより、生成される。このような距離ｄは、それぞれ次に続く異なったホログラムパターンとの間の距離と、同じでも異なっていてもよい。この実施形態では、実際に照明ユニット内の装置を移動することなく、移動回折格子が実現されている。移動回折格子に加えて、移動拡散構造もまた、画像生成マイクロディスプレイ上のスペックルノイズを低減するために、適宜使用してもよい。

図８Ａでは、画像生成装置８００の実施形態が示されている。コヒーレント光源１０２によって出射されたコヒーレント光線１１４は、ビームエキスパンダ８０２によって拡張され、透過型マイクロディスプレイ８０４を照射する。これらは、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４として、使用される。出射された光は、透過型画像生成マイクロディスプレイ８０６を均一に照射し、画像生成マイクロディスプレイ８０６からの光は、プロジェクションレンズ８０８を通して、スクリーンに投影される。（図示せず）

図８Ｂに示されるさらなる実施形態において、画像生成装置８００は、コヒーレント光源１０２と、ビームエキスパンダ８０２と、透過型マイクロディスプレイ８０４とを、ビーム形成およびスペックル低減装置として有し、透過型マイクロディスプレイ８０４から照射された光を、反射型画像生成マイクロディスプレイ８１０の方へ導くプリズム８１２を有する。反射型画像生成マイクロディスプレイ８１０から出射された光は、プリズム８１２を通り、プロジェクションレンズ８０８により、スクリーンに投影される。（図示せず）

図８Ｃにおいて、画像生成装置８００のさらなる実施形態が示されている。この実施形態では、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４として、コヒーレント光源１０２、ビームエキスパンダ８０２、反射型マイクロディスプレイ８１４が備えられている。反射型マイクロディスプレイ８１４から出射された光は、透過型画像生成マイクロディスプレイ８０６の方へ導かれ、その後、プロジェクションレンズ８０８により、スクリーンに投影される。

図９から図１１において、画像生成マイクロディスプレイへのカラー照明を提供するための、異なる実施形態が示されている。

図９における画像生成装置８００のさらなる実施形態において、３つのレーザ光、たとえば、緑色レーザ９００、赤色レーザ９０２、青色レーザ９０４が、相互に９０°の角度で配置され、それらのそれぞれの光は、ビームエキスパンダ９０６，９０８，９１０によって拡張され、光学結合素子９１２によって結合される。結合された光は、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４の方向に出射され、この実施形態において、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４は、動的回折光学素子１１０と、静的回折光学素子６００を有している。ビーム成形およびスペックル低減装置１０４から出射された光は、プリズム８１２の方向に導かれ、反射型画像生成マイクロディスプレイ１１０に達し、その後、プロジェクションレンズ８０８により、スクリーンに投影される。

図１０に示すさらなる実施形態において、図９に示したものと同じ構造が示されているが、ビーム成形およびスペックル低減装置１０４は、動的回折光学素子１１０のみを有し、処理装置１１２によって制御され、動的回折光学素子１１０上のホログラムパターンは、スペックルノイズを低減するのに使用されると同時に、コヒーレント光線１１４の光プロファイルを成形するのにも使用される。

図１１において、カラー画像生成装置１１００のさらなる実施形態が示されている。この実施形態において、３つのレーザ光９００，９０２，９０４は、成形され、スペックル低減された光線が、光学結合素子９１２を通して結合され、プリズム８１２を通して画像生成マイクロディスプレイ８１０に達し、プロジェクションレンズ８０８によりスクリーンに投影される前の段階で、それぞれ別のビーム成形およびスペックル低減装置１０４，１１０２，１１０４を、それぞれが出射した光線によって照射する。（図示せず）

以下の説明は、当業者が、当該発明をよりよく理解するのに役だつであろう。

ここに開示された照明機構は、単色（単一波長）或いはより多くの色（波長）のレーザ光源と、拡張レンズと、位相変調器としてのマイクロディスプレイと、画像生成のための１つ以上のマイクロディスプレイと、プロジェクションレンズを有しうる。レーザ光は、高コヒーレンス光源を出射する超狭帯であることを特徴とする（光波は位相が一致している）。プロジェクションシステムには、通常、３色の、赤、青、緑の色が、カラー画像を再生するために使用される。レーザ光は、ひとつのレンズによって、第１の高速スイッチングマイクロディスプレイ上に拡張され、これは、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ； Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍｓ）を使用することにより、その位相によって光を変調するために使用される。言い換えると、第１のマイクロディスプレイは、動的回折光学素子（ＤＯＥ; Ｄｙｎａｍｉｃ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔ)として、使用される。マイクロディスプレイによって変調されたレーザ光は、マイクロディスプレイによって提供される回折素子の特性と相関して、その光分布特性を変化させる。

第１のマイクロディスプレイ（ＤＯＥ）を変調することにより、異なるパターンが第２のマイクロディスプレイにおいて生成され、パターン変化の高フレームレートのおかげで、人間の目からすると、光は、スクリーンに投影する画像情報を有している第２のマイクロディスプレイ上に、均一に分布される。

スペックルは、画像に粒状構造（Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を施すことによって、画質を低下させる恐れがある。粒状とは、極端に暗い斑点と極端に明るい斑点とが、観測された画像全体に、多かれ少なかれ、ランダムに、分布することである。スペックルコントラスト（ノイズ）は、画像面に異なるスペックルパターンを生じさせる異なる位相情報を異なるパターンに適用することによって、低減することができる。時間連続的に生成された異なるスペックルパターンを平均化すると、スペックルコントラストを低減することができる。これはつまり、スペックル（粒状）が平坦化されるということであり、これにより画質は改善される。

したがって、短い時間内で、多数の異なるスペックルパターンが必要である。高速スイッチングマイクロディスプレイは、波面の前面位相を修正するために、位相変調器として、使用される。その効果もまた、移動拡散器を用いて達成されるが、拡散器は通常、効率が低く（光が失われ）、さらに、照射対象物の形状の端が、ぼやけたり（かすんだり）して、さらなる減光を招く。

充分な位相差がある多数のパターンを有するためには（単一の波長にいたるまで）、特殊なパターンが生成される必要がある。スペックルパターンは、スペックルコントラストを減らし、画像を滑らかにするためには、無相関であり、相互に独立していなければならない。

たとえば、アダマールパターンは、無相関の位相パターンを生成するのに役立つ。こういったアダマールパターンは、２進値に基づいている。４ｘ４パターンは、ＭｘＭの無相関のセルからなる、（Ｈ１６）アダマールマトリックスに写像される。スペックル低減は、１／√Ｍによって決定される。対応するスペックル低減は、他のいかなる無相関の位相パターンのシーケンスに対しても、得られる。これらの無相関の位相パターンは、単にスペックルを低減するのみなので、加えて、拡散器或いは再マッピング型ビーム成形において、静的回折光学素子が使用される。

さらなる実施形態に、ビーム成形およびスペックル低減における、ひとつの動的回折光学素子の使用例を示す。この場合、パターンは、動的回折光学素子において生成され、これは、第１のマイクロディスプレイであり、位相変調器としての役割を果たす。この動的回折光学素子は、回折格子／拡散器型の動的回折光学素子であり、周期構造を有する。拡散器の型に関して、入力素子（第１のマイクロディスプレイ）と出力素子（画像面）は、フーリエ変換を通して接続され、入力面のそれぞれのポイントが、出力面のすべてのポイントに、寄与している。通常、周期構造を有する回折光学素子は、スペックルコントラストを低減するために、光軸に沿った位置を保ちつつ、光軸に対して直交し、１つ或いは２つの方向に移動している。マイクロディスプレイを動的回折光学素子として使用すれば、マイクロディスプレイのアクティブエリア全体にわたって回折構造をシフトすることにより、この動きをシミュレートすることが可能である。もし、その動きが、人間の目が認識できるよりも早ければ、フリッカーのない画像照明が得られる。

本発明に開示された照明装置および照明方法を用いれば、マイクロディスプレイを照射するために、より少ない光学部品を使用することにより、簡素な光学機構を実現できる。ひとつの部品で、画面照明のためのビーム成形と、干渉（スペックル）の低減を達成できる。スペックルパターンの視認性を低減するために、回転したり、振動したりする拡散器のような、いかなる可動部品も使用していない。より少ない光学部品と、拡散器に可動部分を使用しないことは、システム効率を高める。マイクロディスプレイによって提供される、計算機合成ホログラムを使用すれば、照射される画面サイズ、形、アスペクト比にかかわらず、いくつかの照明応用において、高度の設計自由度が得られる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

画像生成マイクロディスプレイを均一に照射するための照明装置を示す図である。 本発明のさらなる実施形態にかかる処理のステップを示す図である。 回折光学素子の主要作業の機能を表す図である。 回折光学素子によって生じる回折の異なる次数を示す図である。 アダマールパターンのシーケンスを示す図である。 画像面を照射する様子を示す図である。 第２の実施形態にかかる照明装置を示す図である。 ホログラムパターンのシーケンスにおける、移動回折格子のシーケンスを示す図である。 ある実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。 さらなる実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。 さらなる実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。 さらなる実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。 さらなる実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。 さらなる実施形態にかかる画像生成装置を示す図である。

符号の説明

１００ 照明装置
１０８ 画像生成マイクロディスプレイ
１０２ コヒーレント光源
１０４，１１０２，１１０４ ビーム形成およびスペックル低減装置
１１０ 動的回折光学素子
１１２ 処理装置
１１４ コヒーレント光線
６００ 静的回折光学素子
４００ シーケンス
８０４ 透過型マイクロディスプレイ
８１４ 反射型マイクロディスプレイ
９００，９０２，９０４ レーザ光
９１２ 光学結合素子
８１０ 画像生成マイクロディスプレイ
８０８ プロジェクションレンズ
１１６ アクティブエリア

Claims (20)

1. 画像生成マイクロディスプレイ（１０８）を均一に照射するための照明装置（１００）であって：
   コヒーレント光源（１０２）と；
   前記コヒーレント光源（１０２）と前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）との間の光路上に配置されたビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）と、その場合に、前記ビーム形成およびスペックル低減装置（１０４）は、動的回折光学素子（１１０）を有することと；
   前記動的回折光学素子（１１０）上に、異なるホログラムパターンのシーケンスを生成するように、前記動的回折光学素子（１１０）を制御する処理装置（１１２）と、その場合、前記異なるホログラムパターンは相互に無相関であることと；
   を有することを特徴とする、照明装置（１００）。
2. 請求項１に記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）は、さらに：
   成形されたコヒーレント光線（１１４）を生成するように構成された静的回折光学素子（６００）を有し、その場合、前記成形されたコヒーレント光線（１１４）の断面の大きさ（Ａ）が、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のアクティブエリア（１１６）の大きさに適合されることを有することを特徴とする、照明装置（１００）。
3. 請求項１に記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記処理装置（１１２）は、前記異なるホログラムパターンが成形されたコヒーレント光線（１１４）を生成するように、前記動的回折光学素子（１１０）を制御するよう構成され、その場合、前記成形されたコヒーレント光線（１１４）の断面の大きさ（Ａ）が、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のアクティブエリア（１１６）の大きさに適合されることを特徴とする、照明装置（１００）。
4. 請求項３に記載の照明装置（１００）であって、前記処理装置（１１２）は、前記動的回折光学素子（１１０）の表面上において、ひとつのホログラムパターンを横方向にシフトすることによって、前記異なるホログラムパターンが生成されるように、前記動的回折光学素子（１１０）を制御するよう構成されることを特徴とする、照明装置（１００）。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記異なるホログラムパターンは、異なるアダマールパターンであることを特徴とする、照明装置（１００）。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記処理装置（１１２）は、前記シーケンス（４００）内で前記異なるホログラムパターンを、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のある位置に配置された検知器の積分時間よりも速く変化させるように構成されることを特徴とする、照明装置（１００）。
7. 請求項６に記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記検知器は、人間の目であることを特徴とする、照明装置（１００）。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記動的回折光学素子は、透過型マイクロディスプレイ（８０４）であることを特徴とする、照明装置（１００）。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記動的回折光学素子（１１０）は、反射型マイクロディスプレイ（８１４）であることを特徴とする、照明装置（１００）。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記コヒーレント光源（１０２）は、レーザ光を有することを特徴とする、照明装置（１００）。
11. 請求項１０に記載の照明装置（１００）であって、その場合、前記コヒーレント光源（１０２）は、異なる色のために、３つのレーザ光（９００，９０２，９０４）を有し；前記照明装置（１００）は、さらに、光学結合素子（９１２）を有し、前記光学結合素子（９１２）は、前記３つのレーザ光（９００，９０２，９０４）から出射された光を結合して結合光線を生成するように構成され、そして、前記光学結合素子（９１２）は、前記結合光線を、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）の方向へ出射することを特徴とする、照明装置（１００）。
12. 異なる色で画像生成マイクロディスプレイ（８１０）を均一に照射するためのカラー照明装置（１００）であって、
    請求項１から１０のいずれかに記載の、少なくとも２つの照明装置と；
    前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）と前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）との間の光路上に配置された光学結合素子（９１２）と、その場合、前記光学結合素子（９１２）は、画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のアクティブエリア上において、少なくとも２つの、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４，１１０２，１１０４）から出射された光を結合するように構成されることと
    を有することを特徴とする、照明装置（１００）。
13. 画像生成装置（８００）であって：
    請求項１から１２のいずれかに記載の照明装置（１００）と；
    画像生成マイクロディスプレイ（１０８）と；
    プロジェクションレンズ（８０８）とを有し、その場合、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）は、前記照明装置（１００）と前記プロジェクションレンズ（８０８）との間の光路上に配置されることを特徴とする、画像生成装置（８００）。
14. 画像生成マイクロディスプレイ（１０８）を均一に照射するための方法であって：
    ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）を、コヒーレント光で照射し；
    異なるホログラムパターンのシーケンス（４００）を、前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）の少なくとも一部分上に生成し、その場合、前記異なるホログラムパターンは相互に無相関であり；
    前記ビーム成形およびスペックル低減装置（１０４）から出射された光を、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）の方向に導くことを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法であって、前記異なるホログラムパターンは、前記コヒーレント光線（１１４）の成形光を生成するために選択され、その場合、前記成形されたコヒーレント光線（１１４）の断面の大きさ（Ａ）は、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のアクティブエリア（１１６）の大きさに適合されることを特徴とする、方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、さらに：
    動的回折光学素子（１１０）の表面上において、ひとつのホログラムパターンを横方向にシフトすることによって、前記異なるホログラムパターンを生成することを特徴とする、方法。
17. 請求項１４および１５のいずれかに記載の方法であって、前記異なるホログラムパターンは、異なるアダマールパターン、或いは異なる位相パターンであり、前記異なるホログラムパターンは、相互に無相関であることを特徴とする、方法。
18. 請求項１４から１７のいずれかに記載の方法であって、さらに：
    前記シーケンス（４００）内において、前記画像生成マイクロディスプレイ（１０８）のある位置に配置された検知器の積分時間よりも速く、前記ホログラムパターンを変化させることを特徴とする、方法。
19. 請求項１８に記載の方法であって、前記検知器は、人間の目であることを特徴とする、方法。
20. コンピュータプログラム製品であって、処理装置（１１２）に読み込まれたとき、前記動的回折光学素子（１１０）上に、異なるホログラムパターンのシーケンス（４００）を生成するよう構成されたプログラムコードを有し、その場合、前記ホログラムパターンは、相互に無相関であることを特徴とする、コンピュータプログラム製品。

Images